EP0778481B1 - Procedure to manufacture microlenses precisely positioned on the ends of optical fibres and lasers - Google Patents
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- EP0778481B1 EP0778481B1 EP96113232A EP96113232A EP0778481B1 EP 0778481 B1 EP0778481 B1 EP 0778481B1 EP 96113232 A EP96113232 A EP 96113232A EP 96113232 A EP96113232 A EP 96113232A EP 0778481 B1 EP0778481 B1 EP 0778481B1
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- G02B6/3843—Means for centering or aligning the light guide within the ferrule with auxiliary facilities for movably aligning or adjusting the fibre within its ferrule, e.g. measuring position or eccentricity
Definitions
- the invention relates to a method for precise location Manufacture of at least one optical microcomponent on a predetermined area of a predetermined area at least one optical device according to claim 1 and a device for performing the method Claim 11.
- microlenses on the Fiber and / or laser ends can be generated. It was on the one hand, proposed polymers on fiber ends miniaturized single lens press. However this procedure too rough to make an acceptable adjustment between the lens and a single mode fiber. Another method is precision ball lenses stick on the ends of optical devices. This However, micromechanical technology does not provide any better Results. It is also known to have cylindrical lenses Laser ends using high-resolution electron beam lithography and by reactive dry etching manufacture. The dry etching process leads to one strong surface roughness of the lens due to its Mask definition. In the meantime, procedures for Production of 3-dimensional structured Polymer layers available on fiber ends. However No techniques known so far, positioning and Manufacture of microlenses on fiber ends for industrial Applications effectively, let alone automated shape.
- the invention is therefore based on the object Method and device to create the Manufacture of optical microcomponents on the ends of optical devices, especially on the fiber and Laser ends, improved and the manufacturing time drastically reduced.
- optical microcomponent like e.g. a spherical, non-spherical, not rotationally symmetric hyperbolic lens, a prism or systems thereof, on the end of an optical Establishment, e.g. a fiber or a laser, the location to manufacture the optical microcomponent required exposure field precisely on one predetermined area is positioned.
- an optical Establishment e.g. a fiber or a laser
- the precise positioning of an optical micro component on a predetermined area of a predetermined area at least one optical device is thereby achieves that at least one image of the predetermined Area recorded and stored in an image memory can.
- the location of the edge of the recorded, predetermined area at several predetermined locations measured and the associated edge coordinates determined.
- the Position coordinates of the predetermined area on which the optical microcomponent to be formed is calculated.
- the ones calculated for the predetermined range Position coordinates are pre-programmed Exposure data for the optical microcomponent into one Data set summarized.
- a corpuscular beam i.e.
- the optical Microcomponent with a predetermined optical Property precisely aligned to the predetermined Area is with the help of Data record controlled so that the optical Microcomponent with a predetermined optical Property precisely aligned to the predetermined Area can be formed.
- the Record information about the exact location of the to be formed optical microcomponent and over the exposure time, with which is a certain point within the to be exposed Area must be irradiated to achieve a desired optical Obtain property for the microcomponent to be formed.
- the positioning process expediently comprises a rough and fine positioning of the optical microcomponent.
- a low magnification image of the optical device added.
- the Boundary coordinates determined so that the optical device with the surface to be worked on quickly Irradiation site can be moved. Only now does she find Fine positioning instead of first by Corpuscular beam is optimally focused and stigmatized. For this purpose, any one outside of the one to be exposed Area of focus selected. This Focus area becomes successive several times increasing magnification until the Corpuscular beam is optimally focused and stigmatized. With the help of the focused corpuscular beam it is possible with the help of known techniques of image processing -z. B.
- Creating histograms along predetermined Lines or the center of gravity method - at predetermined make the edge coordinates of the surface to be determined precisely. From these determined edge coordinates, in itself the center of the surface can be determined in a known manner. In a computing unit that measures the exact dimensions of the generating optical microcomponents knows the Positioning the microcomponent on the predetermined one Area in relation to the determined center of the predetermined area can be calculated.
- An ordinary scanning electron microscope is preferred in connection with a known Image processing device and a motor-driven Table used.
- the scanning electron microscope can do three perform very important tasks: 1. With the help of Electron beam can be a single or a field of optical fibers scanned and opened several times as required be displayed on a screen. 2. That or that displayed images are, as explained in more detail is used for this by the image processing device the actual production of an optical micro component -in the first embodiment, this is a round, hyperbolic lens and in the second embodiment this an elliptical, hyperbolic lens - on one Fiber end the precise position of the lens manufacturing required exposure field with respect to a To calculate the reference point or a reference surface.
- the scanning electron microscope functions as Exposure device for making the lens on the previously precisely defined area of the fiber end or Face of the laser.
- Motorized table can use the fiber or laser fields be arranged.
- the table serves a selected one Fiber or a selected laser to the radiation site introduce. Note that the one described above Embodiment is extremely advantageous because that precise positioning of the exposure field to build up a lens on the end face of the fiber and attached to it subsequent production by exposure to the Electron beam in a single device, namely the Scanning electron microscope, can be performed.
- any other lithography device can be used with an additional image processing device for Come into play.
- a specially dimensioned, computerized electron beam guidance system in Connection with an image measuring device may be provided that, for example, the electron beam of a Scanning electron microscope can be coupled. programmatically the electron beam can do the necessary work work through one after the other.
- the method according to the invention is initially based on a Monomode fiber exemplified, at the end of one hyperbolic round lens to be applied.
- Fig. 1 the longitudinal section through the end portion is a Monomode fiber 30 shown.
- the fiber core 40 has usually a diameter of 5 to 10 ⁇ m, whereas the monomode fiber 30 itself has a diameter of approximately 125 ⁇ m.
- On the end face or the fiber end 20 is a hyperbolic round lens 10 centered over the fiber core 40 applied, which, apart from one by the Manufacturing inaccuracy almost in the process Fiber center lies.
- the lens 10 can be a larger one Take cross-sectional area as the fiber core 40.
- the other method is an additive Lithography technology in which the optical microcomponents from precursor molecules adsorbed from the gas phase, the polymerize on exposure to corpuscular rays, directly on the fiber end or the face of the Lasers are formed. A previous assignment of the Fiber ends or laser surfaces with a dry paint and a subsequent development of the optical formed Micro components are then no longer required.
- the method according to the invention is used for the production of optical microcomponents (lenses, beam splitters, Prisms etc. on optical devices, especially on Ends of optical fibers and lasers, both the Dry lacquer and additive lithography technology.
- the case is now assumed that the fiber end 20 with a dry lacquer layer from which the hyperbolic Round lens 10 is to be worked out, be documented.
- the first fiber 30 to be processed selected and with the help of the previously determined Center coordinates from the motorized table to the Radiation site of the scanning electron microscope moved up.
- the next step is another picture from the single mode fiber 30 but now with an increased Magnification recorded and again in the image memory the image processing device.
- the Coordinates of the position required for the construction of the lens 10 Exposure field with reference to the fiber center precisely calculated. In this case, you can also simply use the precise positioning of the lens 10 on the fiber core 40 am Speak fiber end 20.
- the desired lens dimensions are known and for example in a programmable memory Microprocessor are stored.
- the exposure times can be saved with which to expose each point on the face 20 of the fiber 30 is so that the lens has a desired optical property, such as B. receives a special refractive index.
- the lens 10 For precise positioning of the lens 10 on the fiber core 40 it is first necessary that from Scanning electron microscope delivered electron beam to focus sharply on an area 60 of the fiber end 20 and stigmatize.
- the focusing area 60 is located preferably outside the area to be exposed, such as this is shown in Fig. 2.
- the reason is that although the focus and stigmatization of the Electron beam with reduced intensity, the Dry paint on this area 60, if only slightly Dimensions, already exposed and thus networked. This is in 5 clearly recognizable, the inclusion of the Fiber end 20 with that formed from a dry paint Round lens 10 shows.
- the focusing and stigmatization of the electron beam is described in more detail in connection with FIG. 2.
- the selected focusing area 60 is recorded several times, with successively increasing magnification each Image area. To do this, the electron beam is made line by line led over the area to be imaged. During everyone The electron beam is recorded due to the increasing Magnification and the increasing resolution of the recorded area 60 readjusted. It will be so long Images with increasing magnification from the area 60 recorded until due to the electron beam device limits no longer better focused and can be stigmatized.
- the focus and Stigmatization of the electron beam can also automated because there is 20 there are sufficiently fine structures.
- the center of the fiber end 20 can be determined.
- the Center coordinates of the fiber end face 20 serve as Reference point for the precise positioning of the lens 10 the fiber core 40 or any area within the Fiber end face provided the distance from the center of the area from the center of the fiber end face 20 is known.
- First of all the position of the fiber edge 35 of the fiber 30 is determined by predetermined places the edge coordinates are determined. As shown in Fig. 2, the edge 35 becomes four Areas 62, 64, 66 and 68 recorded areal.
- Center of the fiber end 20 can be calculated.
- Other Methods calculate the contrast profile along several Lines perpendicular to the edge using Discriminators to calculate the fiber center to obtain the required boundary coordinates.
- the fiber center can measure with an accuracy of 0.3 ⁇ m with an image resolution of 512 pixels and with an accuracy of 0.15 ⁇ m with an image resolution of 1024 pixels can be set. In other words the determination of the fiber center with a resolution of about 100 nm.
- the determined fiber center coordinates are with the stored dimensions and exposure data, such as. B. the radiation dose distribution of the round lens 10 to be constructed for example in a computing device calculated and stored as a data record in a memory. On programmable computer reads out the data record and controls thus the electron beam of the scanning electron microscope. After the exposure process has ended, the Dry paint on the fiber end 20 thermally or in suitable solvents developed. As a result lies an optical fiber 30 in front, on the fiber end 20 above the Centric fiber core 40, the round lens 10 precisely is aligned and the desired optical Has properties. Now the next one can be closed processing fiber using the roughly determined Center coordinates to the radiation site of the Scanning electron microscope moved up and according to the just described method with a precise aligned lens are formed on the fiber core.
- the method according to the invention is now based on a Solid state laser exemplified on the Face above an active zone an elliptical, hyperbolic lens should arise.
- the position of the individual lasers is determined by the fact that a Low magnification image of the laser field is recorded and the locations of each laser for example by determining the center of gravity Current contacts, which are highlighted by material contrasts, be determined. Every laser is known to have one defined such a current contact.
- the first Laser 110 to be processed can now be processed using the previously determined position coordinates to the irradiation site of the Scanning electron microscope can be introduced.
- Fig. 3 is the cross section through a solid-state laser 110 shown with an active zone 130 that is not is located centrally in the end face 100.
- a hyperbolic, elliptical lens 120 applied. It was this time Assume that the lens 120 is not from an applied Dry paint, but by means of an additive Electron beam lithography had been produced.
- the active zone 130 On the active zone 130 is the to see elliptical lens 120, its cross-sectional area is larger than that of the active zone 130.
- the current contact 140 On the top of the laser 110, the current contact 140 is formed, the Center perpendicular in one, from manufacturing known, defined distance above the center of the active zone. The accuracy of the locations of the two Centers to each other depend on the manufacturing process and determines the degree of precision with which the position of the Applying the required exposure field over the lens precalculated and positioned in the active zone 130 can.
- the measurement window 150 shown by way of example in FIG. 4, 152 and 154 serve to determine the position coordinates of the Current contact 140 and the end face edge 160 of the laser, from which the center of the active zone 130 is precisely calculated can be.
- the electron beam Before the position of the exposure field is calculated the electron beam must first be focused and be stigmatized. This happens in a similar way as in the previous example.
- A can be used as the focusing area Range selected, which advantageously the current contact detected. Is the electron beam optimal at first focused and stigmatized, can connect with him using the usual techniques of Image processing the position coordinates of the end face 100 and the center coordinates of the current contact 140 are determined become. For this purpose, at predetermined points on Edge region of the end face 100 several shown in FIG. 4 narrow pictures 150 and 152 or line grid (not shown) are drawn in, for example for upper horizontal edge 160 run vertically.
- the location of the upper edge 160 is from the contrast profile determined by the change in the emitted Secondary electrons results when the electron beam Face 100 and an area outside the face 100 scans.
- the location of the center of the exposure field and thus the lens 120 to be formed is then in the Y direction with an accuracy of 0.03 ⁇ m at a Image resolution of 512 pixels and with an accuracy of 0, 015 ⁇ m with an image resolution of 1024 pixels.
- the The next step will be the center coordinates of the Current contact 140 determined. This happens, for example with the help of a histogram recorded in the x direction along predetermined lines or with flat Image capture using the focus method.
- the location The center of the exposure field is also in the x direction fixed, because of the manufacturing hiss the distance the center of the current contact 140 and the active one Laser zone 130 on which the lens 120 is applied should be known. From the determined center coordinates the active zone 130 and the stored information about the dimensions and location of the lens 120 with respect to active zone 130 and the corresponding exposure times (Dose distribution) for each point of the exposure Face 100 are the control data for the Beam guiding device calculated. The precise one aligned construction of the lens 120 with the desired optical properties then takes place with the help of Computer controlled electron beam.
- the invention it is possible, inexpensively and quickly 3-dimensional structured polymer layers on one predetermined area of an optical device, such as. B. a fiber end or a laser surface, precisely aligned manufacture.
- an optical device such as. B. a fiber end or a laser surface
- This is just a reference point advantageously the center of the area on which the optical microcomponent is to be produced with the help to calculate known methods of image processing.
- the location of the Area on which the optical microcomponents are created should be known to the reference point. After all, they are Data on the dimensions and location of the optical Specify microcomponent and exposure times with which the desired optical properties can be achieved are.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ortsgenauen Herstellen von wenigstens einer optischen Mikrokomponente auf einem vorbestimmten Bereich einer vorbestimmten Fläche wenigstens einer optischen Einrichtung nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11.The invention relates to a method for precise location Manufacture of at least one optical microcomponent on a predetermined area of a predetermined area at least one optical device according to claim 1 and a device for performing the method Claim 11.
Es sind Verfahren bekannt, mit denen Mikrolinsen auf den Faser- und/oder Laserenden erzeugt werden können. Es wurde zum einen vorgeschlagen, Polymere auf Faserenden zu einer miniaturisierten Einzellinse zu pressen. Allerdings ist dieses Verfahren zu grob, um eine akzeptable Anpassung zwischen der Linse und einer Monomode-Faser zu ermöglichen. Eine andere Methode besteht darin, Präzisions-Kugellinsen auf die Enden optischer Einrichtungen aufzukleben. Diese mikromechanische Technik liefert allerdings keine besseren Ergebnisse. Es ist ferner bekannt, Zylinderlinsen auf Laserenden mittels einer hochauflösenden Elektronenstrahl-Lithographie festzulegen und durch reaktives Trockenätzen herzustellen. Der Trockenätzprozeß führt aber zu einer starken Oberflächenrauhigkeit der Linse aufgrund seiner Maskendefinition. Inzwischen sind zwar Verfahren zur Herstellung von 3-dimensional strukturierten Polymerschichten auf Faserenden verfügbar. Allerdings sind bisher keine Techniken bekannt, das Positionieren und Herstellen von Mikrolinsen auf Faserenden für industrielle Anwend ungen effektiv, geschweige denn automatisiert zu gestalten.Methods are known with which microlenses on the Fiber and / or laser ends can be generated. It was on the one hand, proposed polymers on fiber ends miniaturized single lens press. However this procedure too rough to make an acceptable adjustment between the lens and a single mode fiber. Another method is precision ball lenses stick on the ends of optical devices. This However, micromechanical technology does not provide any better Results. It is also known to have cylindrical lenses Laser ends using high-resolution electron beam lithography and by reactive dry etching manufacture. The dry etching process leads to one strong surface roughness of the lens due to its Mask definition. In the meantime, procedures for Production of 3-dimensional structured Polymer layers available on fiber ends. However No techniques known so far, positioning and Manufacture of microlenses on fiber ends for industrial Applications effectively, let alone automated shape.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die Herstellung von optischen Mikrokomponenten auf den Enden von optischen Einrichtungen, insbesondere auf den Faser- und Laserenden, verbessert und die Fertigungszeit drastisch verringert.The invention is therefore based on the object Method and device to create the Manufacture of optical microcomponents on the ends of optical devices, especially on the fiber and Laser ends, improved and the manufacturing time drastically reduced.
Dieses technische Problem löst die Erfindung mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 und den Merkmalen des Anspruchs 11.The invention solves this technical problem with the Process steps of claim 1 and the features of Claim 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments are in the subclaims specified.
Das Besondere der Erfindung ist vor allem darin zu sehen, daß vor dem Erzeugen einer optischen Mikrokomponente, wie z.B. einer sphärischen, nichtsphärischen, nicht rotationssymmetrischen hyperbolischen Linse, eines Prismas oder Systemen davon, auf dem Ende einer optischen Einrichtung, z.B. einer Faser oder eines Lasers, die Lage des zur Herstellung der optischen Mikrokomponente erforderlichen Belichtungsfelds präzise auf einen vorbestimmten Bereich positioniert wird. Dies geschieht mit den Hilfsmitteln einer Bildaufnahme- und Anzeigeeinrichtung sowie einer Bildverarbeitungseinrichtung, die mit einer Rechner-gesteuerten Belichtungseinrichtung, vorzugsweise eine Rasterelektronenmikroskop, zusammenwirken.The special feature of the invention can be seen above all in that that before creating an optical microcomponent like e.g. a spherical, non-spherical, not rotationally symmetric hyperbolic lens, a prism or systems thereof, on the end of an optical Establishment, e.g. a fiber or a laser, the location to manufacture the optical microcomponent required exposure field precisely on one predetermined area is positioned. This happens with the tools of an image recording and display device and an image processing device that with a Computer-controlled exposure device, preferably a scanning electron microscope.
Die präzise Positionierung einer optischen Mikrokomponente auf einem vorbestimmten Bereich einer vorbestimmten Fläche wenigstens einer optischen Einrichtung wird dadurch erreicht, daß wenigstens ein Bild von der vorbestimmten Fläche aufgenommen und in einem Bildspeicher abgelegt werden kann. Danach wird die Lage des Randes der aufgenommenen, vorbestimmten Fläche an mehreren vorbestimmten Stellen gemessen und die dazu gehörenden Randkoordinaten ermittelt. Aus den ermittelten Randkoordinaten werden die Lagekoordinaten des vorbestimmten Bereichs, auf dem die optische Mikrokomponente gebildet werden soll, berechnet. Die für den vorbestimmten Bereich berechneten Lagekoordinaten werden mit vorprogrammierten Belichtungsdaten für die optische Mikrokomponente zu einem Datensatz zusammengefaßt. Ein Korpuskularstrahl, d.h. ein Elektronen-, Ionen- oder Photonenstrahl, wird mit Hilfe des Datensatzes derart gesteuert, daß die optische Mikrokomponente mit einer vorbestimmten optischen Eigenschaft präzise ausgerichtet auf dem vorbestimmten Bereich gebildet werden kann. Insbesondere erhält der Datensatz Angaben über den genauen Ort der zu bildenden optischen Mikrokomponente und über die Belichtungszeit, mit der ein bestimmter Punkt innerhalb des zu belichtenden Bereichs bestrahlt werden muß, um eine gewünschte optische Eigenschaft für die zu bildende Mikrokomponente zu erhalten.The precise positioning of an optical micro component on a predetermined area of a predetermined area at least one optical device is thereby achieves that at least one image of the predetermined Area recorded and stored in an image memory can. After that, the location of the edge of the recorded, predetermined area at several predetermined locations measured and the associated edge coordinates determined. From the determined edge coordinates, the Position coordinates of the predetermined area on which the optical microcomponent to be formed is calculated. The ones calculated for the predetermined range Position coordinates are pre-programmed Exposure data for the optical microcomponent into one Data set summarized. A corpuscular beam, i.e. on Electron, ion or photon beam, is with the help of Data record controlled so that the optical Microcomponent with a predetermined optical Property precisely aligned to the predetermined Area can be formed. In particular, the Record information about the exact location of the to be formed optical microcomponent and over the exposure time, with which is a certain point within the to be exposed Area must be irradiated to achieve a desired optical Obtain property for the microcomponent to be formed.
Zweckmäßigerweise umfaßt der Positioniervorgang eine Grob- und Feinpositionierung der optischen Mikrokomponente. Dazu wird zunächst ein Bild mit niedriger Vergrößerung der optischen Einrichtung aufgenommen. Danach werden die Randkoordinaten ermittelt, so daß die optische Einrichtung mit der zu bearbeitenden Fläche schnell an den Bestrahlungsort bewegt werden kann. Erst jetzt findet die Feinpositionierung statt, indem zunächst der Korpuskularstrahl optimal fokussiert und stigmatisiert wird. Dazu wird ein beliebiger, außerhalb des zu belichtenden Bereichs liegender Fokussier-Bereich ausgewählt. Dieser Fokussier-Bereich wird mehrmals mit jeweils sukzessiv steigender Vergrößerung aufgenommen, bis der Korpuskularstrahl optimal fokussiert und stigmatisiert ist. Mit Hilfe des fokussierten Korpuskularstrahls ist es möglich, mit Hilfe bekannter Techniken der Bildverarbeitung -z. B. Erstellen von Histogrammen entlang vorbestimmter Linien oder der Schwerpunkt-Methode - an vorbestimmten Stellen die Randkoordinaten der Fläche präzise zu ermitteln. Aus diesen ermittelten Randkoordinaten kann dann in an sich bekannter Weise das Zentrum der Fläche ermittelt werden. In einer Recheneinheit, die die genauen Abmessungen der zu erzeugenden optischen Mikrokomponenten kennt, kann die Positionierung der Mikrokomponente auf dem vorbestimmten Bereich in Bezug auf den ermittelten Mittelpunkt der vorbestimmten Fläche berechnet werden.The positioning process expediently comprises a rough and fine positioning of the optical microcomponent. To First, a low magnification image of the optical device added. After that, the Boundary coordinates determined so that the optical device with the surface to be worked on quickly Irradiation site can be moved. Only now does she find Fine positioning instead of first by Corpuscular beam is optimally focused and stigmatized. For this purpose, any one outside of the one to be exposed Area of focus selected. This Focus area becomes successive several times increasing magnification until the Corpuscular beam is optimally focused and stigmatized. With the help of the focused corpuscular beam it is possible with the help of known techniques of image processing -z. B. Creating histograms along predetermined Lines or the center of gravity method - at predetermined Make the edge coordinates of the surface to be determined precisely. From these determined edge coordinates, in itself the center of the surface can be determined in a known manner. In a computing unit that measures the exact dimensions of the generating optical microcomponents knows the Positioning the microcomponent on the predetermined one Area in relation to the determined center of the predetermined area can be calculated.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- den Längsschnitt durch eine Monomode-Faser mit einem Faserkern und einer auf der Stirnfläche der Faser präzise positionierten und hergestellten hyperbolischen Linse nach der Erfindung,
- Fig. 2
- ein vereinfachtes Schema zur präzisen Positionierung der in Fig. 1 gezeigten hyperbolischen Linse auf der Stirnfläche der Monomode-Faser,
- Fig. 3
- einen Querschnitt eines Halbleiterlasers mit einer aktiven Zone, über der eine hyperbolische Linse gemäß der Erfindung präzise positioniert und hergestellt worden ist,
- Fig. 4
- ein vereinfachtes Schema zur präzisen Positionierung der in Fig. 3 gezeigten hyperbolischen Linse auf der aktiven Laserzone, und
- Fig. 5
- eine Fotografie eines Faserendes, das mit einem Trockenlack belegt war, wobei neben einer Linse die Stellen sichtbar sind, die während der Fokussierung und Positionierung belichtet und dadurch polymerisiert worden sind.
- Fig. 1
- the longitudinal section through a single-mode fiber with a fiber core and a hyperbolic lens according to the invention precisely positioned and manufactured on the end face of the fiber,
- Fig. 2
- 1 shows a simplified diagram for the precise positioning of the hyperbolic lens shown in FIG. 1 on the end face of the single-mode fiber,
- Fig. 3
- 3 shows a cross section of a semiconductor laser with an active zone over which a hyperbolic lens according to the invention has been precisely positioned and manufactured,
- Fig. 4
- a simplified diagram for the precise positioning of the hyperbolic lens shown in Fig. 3 on the active laser zone, and
- Fig. 5
- a photograph of a fiber end, which was coated with a dry varnish, whereby next to a lens the places are visible which were exposed during the focusing and positioning and thereby polymerized.
Bevor das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben wird, werden zunächst die elektronischen und optischen Geräte kurz erläutert, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich sind. Before the process according to the invention is described in more detail, first the electronic and optical devices are short explained the implementation of the invention Procedure are required.
Vorzugsweise wird ein gewöhnliches Rasterelektronenmikroskop in Verbindung mit einer an sich bekannten Bildverarbeitungseinrichtung und einem motorgetriebenen Tisch benutzt. Das Rasterelektronenmikroskop kann dabei drei ganz wesentliche Aufgaben erfüllen: 1. Mit Hilfe des Elektronenstrahls kann eine einzige oder ein Feld von optischen Fasern je nach Bedarf mehrmals abgetastet und auf einem Bildschirm dargestellt werden. 2. Das oder die dargestellten Bilder werden, wie dies noch näher erläutert wird, von der Bildverarbeitungseinrichtung dazu benutzt, vor der eigentlichen Herstellung einer optischen Mikrokomponente -bei der ersten Ausführungsform ist diese eine runde, hyperbolische Linse und beim zweiten Ausführungsbeispiel ist diese eine elliptische, hyperbolische Linse- auf einem Faserende die präzise Position des zur Linsenherstellung erforderlilchen Belichtungsfeldes bezüglich eines Bezugspunktes oder einer Bezugsfläche zu berechnen. Die Ermittlung der dazu erforderlichen Lagekoordinaten des Faserendes geschieht mit Hilfe des Elektronenstrahls. 3. Zu guter Letzt fungiert das Rasterelektronenmikroskop als Belichtungsgerät zur Herstellung der Linse auf dem vorher präzise definierten Bereich des Faserendes bzw. der Stirnfläche des Lasers. Auf dem rechnergesteuerten, motorbetriebenen Tisch können die Faser- oder Laserfelder angeordnet sein. Der Tisch dient dazu, eine ausgewählte Faser bzw. einen ausgewählten Laser an den Bestrahlungsort heranzuführen. Es sei angemerkt, daß die oben beschriebene Ausführungsform ausgesprochen vorteilhaft ist, da das präzise Positionieren des Belichtungsfeldes zum Aufbauen einer Linse auf der Stirnfläche der Faser und die sich daran anschließende Herstellung mittels Belichtung durch den Elektronenstrahl in einem einzigen Gerät, nämlich dem Rasterelektronenmikroskop, ausgeführt werden kann. Alternativ können auch beliebig andere Lithographiegeräte mit einer zusätzlichen Bildverarbeitungseinrichtung zum Einsatz kommen. Auch die getrennte Ausführung des Belichtungsgerätes und der Bildverarbeitungseinrichtung ist denkbar. Dazu kann ein speziell dafür dimensioniertes, rechnergestütztes Elektronenstrahl-Führungssystem in Verbindung mit einem bildmessenden Gerät vorgesehen sein, an das beispielsweise der Elektronenstrahl eines Rasterelektronenmikroskops koppelbar ist. Programmgesteuert kann der Elektronenstrahl die erforderlichen Arbeitsschritte nacheinander abarbeiten.An ordinary scanning electron microscope is preferred in connection with a known Image processing device and a motor-driven Table used. The scanning electron microscope can do three perform very important tasks: 1. With the help of Electron beam can be a single or a field of optical fibers scanned and opened several times as required be displayed on a screen. 2. That or that displayed images are, as explained in more detail is used for this by the image processing device the actual production of an optical micro component -in the first embodiment, this is a round, hyperbolic lens and in the second embodiment this an elliptical, hyperbolic lens - on one Fiber end the precise position of the lens manufacturing required exposure field with respect to a To calculate the reference point or a reference surface. The Determination of the position coordinates required for this Fiber ends are done with the help of the electron beam. 3. To Finally, the scanning electron microscope functions as Exposure device for making the lens on the previously precisely defined area of the fiber end or Face of the laser. On the computer-controlled, Motorized table can use the fiber or laser fields be arranged. The table serves a selected one Fiber or a selected laser to the radiation site introduce. Note that the one described above Embodiment is extremely advantageous because that precise positioning of the exposure field to build up a lens on the end face of the fiber and attached to it subsequent production by exposure to the Electron beam in a single device, namely the Scanning electron microscope, can be performed. Alternatively, any other lithography device can be used with an additional image processing device for Come into play. Even the separate execution of the Exposure device and the image processing device conceivable. A specially dimensioned, computerized electron beam guidance system in Connection with an image measuring device may be provided that, for example, the electron beam of a Scanning electron microscope can be coupled. programmatically the electron beam can do the necessary work work through one after the other.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zunächst anhand einer
Monomode-Faser beispielhaft erläutert, auf deren Ende eine
hyperbolische Rundlinse aufgebracht werden soll.
In Fig. 1 ist der Längsschnitt durch den Endabschnitt einer
Monomode-Faser 30 dargestellt. Im Zentrum der Monomode-Faser
30 verläuft ein Faserkern 40. Der Faserkern 40 besitzt
üblicherweise einen Durchmesser von 5 bis 10 µm, wohingegen
die Monomode-Faser 30 selbst einen Durchmesser von etwa 125
µm aufweist. Auf der Stirnfläche oder dem Faserende 20 ist
eine hyperbolische Rundlinse 10 zentriert über dem Faserkern
40 aufgebracht, der, abgesehen von einer durch den
Fertigungsprozeß bedingten Ungenauigkeit nahezu in der
Fasermitte liegt. Die Linse 10 kann eine größere
Querschnittsfläche als der Faserkern 40 einnehmen.The method according to the invention is initially based on a
Monomode fiber exemplified, at the end of one
hyperbolic round lens to be applied.
In Fig. 1, the longitudinal section through the end portion is a
An dieser Stelle sei angemerkt, daß es zwei bevorzugte
Techniken gibt, mit denen optische Mikrokomponenten, wie z.
B. Linsen und Prismen, direkt durch Belichtung des
Faserendes 20 oder der Sirnfläche 100 eines Festkörperlasers
110 mit einem Korpuskularstrahl - das ist ein Elektronen-,
Ionen- oder Photonenstrahl ( im UV-Bereich) - auf diesen
Flächen hergestellt werden kann. Das eine Verfahren ist als
Trockenlacktechnik bekannt. Hier wird entweder ein
Trockenlack (z. B. Octavinyl-Silsesqui-oxan) im Hochvakuum
mit einer definierten Schichtdicke auf das Faserende 20 bzw.
die Stirnfläche 100 des Lasers 110 aufgedampft oder ein
Polymer aus einer Plasma-Gasphase aus gesondert vorgelegten
Präkursoren abgeschieden. Bei dem Trockenlack oder dem aus
der Plasma-Gasphase abgeschiedenen Lack handelt es sich um
ein Korpuskularstrahl-empfindliches Polymer, das durch
lithographische Belichtung derart verändert wird, daß die
Polymerschicht nach der Entwicklung ein 3-dimensionales
Profil aufweist.At this point it should be noted that it preferred two
Techniques exist with which optical microcomponents such.
B. lenses and prisms, directly by exposure of the
Bei dem anderen Verfahren handelt es sich um eine additive
Lithographietechnik, bei der die optischen Mikrokomponenten
aus aus der Gasphase adsorbierten Präkursor-Molekülen, die
bei Belichtung mit Korpuskularstrahlen polymerisieren,
unmittelbar auf dem Faserende oder der Stirnfläche des
Lasers gebildet werden. Eine vorherige Belegung der
Faserenden oder Laserflächen mit einem Trockenlack und eine
anschließende Entwicklung der gebildeten optischen
Mikrokomponenten ist dann nicht mehr erforderlich. Das
erfindungsgemäße Verfahren bedient sich für die Herstellung
von optischen Mikrokomponenten (Linsen, Strahlteiler,
Prismen u.s.w) auf optischen Einrichtungen, insbesondere auf
Enden von optischen Fasern und Lasern, sowohl der
Trockenlack- als auch der additiven Lithographietechnik.
Es sei nunmehr der Fall angenommen, daß das Faserende 20 mit
einer Trockenlack-Schicht, aus der die hyperbolische
Rundlinse 10 herausgearbeitet werden soll, belegt sei.
Obwohl in Fig. 1 nur eine Faser 30 dargestellt ist, können
mehrere Fasern zu einem Array gruppiert und auf dem
motorbetriebenen Tisch gelagert sein. Auf den Enden der
Fasern können dann nacheinander die entsprechenden Linsen
aufgebaut werden. Nachdem die Fasern 30 in das
Rasterelektronenmikroskop eingeschleust worden sind, wird
zunächst ein Bild der gesamten Fasergruppe mit einer
niedrigen Bildvergrößerung aufgenommen und in einen
Bildspeicher der Bildverarbeitungseinrichtung eingelesenen.
Die Lage der einzelnen Fasern 30, d. h. präziser gesprochen
der Enden der Fasern, werden mit aus der Bildverarbeitung an
sich bekannten Methoden lokalisiert. Als Beispiele seien an
dieser Stelle die Schwerpunkts-Methode und die Erstellung
von Histogrammen basierend auf Kontrastmessungen entlang
vorbestimmter Linien erwähnt, mit denen die
Zentrumskoordinaten der flächigen Faserenden bestimmt werden
können. Anschließend wird die erste zu bearbeitende Faser 30
ausgewählt und mit Hilfe der zuvor ermittelten
Zentrumskoordinaten von dem motorgetriebenen Tisch an den
Bestrahlungsort des Rasterelektronenmikroskops
herangefahren. Als nächster Schritt wird ein weiteres Bild
von der Monomode-Faser 30 aber jetzt mit einer erhöhten
Vergrößerung aufgenommen und wiederum in den Bildspeicher
der Bildverarbeitungseinrichtung eingezogen. Bevor die
hyperbolische Rundlinse 10 aus dem auf die Stirnfläche 20
der Faser 30 aufgebrachten Trockenlack durch eine
vorprogrammierte Elektronenstrahlbelichtung herausgearbeitet
werden kann, werden erfindungsgemäß zunächst die
Lagekoodinaten des zum Aufbau der Linse 10 erforderlichen
Belichtungsfeldes mit Bezug auf das Faserzentrum präzise
berechnet. Man kann in diesem Fall auch einfach von der
präzisen Positionierung der Linse 10 auf dem Faserkern 40 am
Faserende 20 sprechen. Zu diesem Zweck müssen unter anderem
die gewünschten Linsen-Abmessungen bekannt sein und
beispielsweise in einem Speicher eines programmierbaren
Mikroprozessors abgelegt werden. Als weitere Parameter
können die Belichtungszeiten gespeichert werden, mit denen
jeder Punkt auf der Stirnfläche 20 der Faser 30 zu belichten
ist, damit die Linse eine gewünschte optische Eigenschaft,
wie z. B. einen besonderen Brechungsindex, erhält.The other method is an additive
Lithography technology in which the optical microcomponents
from precursor molecules adsorbed from the gas phase, the
polymerize on exposure to corpuscular rays,
directly on the fiber end or the face of the
Lasers are formed. A previous assignment of the
Fiber ends or laser surfaces with a dry paint and a
subsequent development of the optical formed
Micro components are then no longer required. The
The method according to the invention is used for the production
of optical microcomponents (lenses, beam splitters,
Prisms etc. on optical devices, especially on
Ends of optical fibers and lasers, both the
Dry lacquer and additive lithography technology.
The case is now assumed that the
Zur präzisen Positionierung der Linse 10 auf dem Faserkern
40 ist es zunächst notwendig, den vom
Rasterelektronenmikroskop gelieferten Elektronenstrahl
scharf auf einen Bereich 60 des Faserendes 20 zu fokussieren
und stigmatisieren. Der Fokussier-Bereich 60 befindet sich
vorzugsweise außerhalb des zu belichtenden Bereichs, wie
dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Grund liegt darin, daß,
obgleich die Fokussierung und Stigmatisierung des
Elektronenstrahls mit verringerter Intensität erfolgt, der
Trockenlack an diesem Bereich 60, wenn auch nur in geringem
Maße, bereits belichtet und somit vernetzt wird. Dies ist in
der Fig. 5 deutlich erkennbar, die die Aufnahme des
Faserendes 20 mit der aus einem Trockenlack herausgebildeten
Rundlinse 10 zeigt. Darüber hinaus sind in Fig. 5 vier
umfangseitig im Abstand von 90° zueinander gebildete
Positionier-Bereiche 62, 64, 66 und 68 sichtbar, deren
Bedeutung weiter unten noch beschrieben wird.For precise positioning of the
Die Fokussierung und Stigmatisierung des Elektronenstrahls
wird in Verbindung mit Fig. 2 näher beschrieben. Der
ausgewählte Fokussier-Bereich 60 wird mehrmals aufgenommen,
und zwar mit sukzessiv steigender Vergrößerung jedes
Bildausschnittes. Dazu wird der Elektronenstrahl zeilenweise
über den abzubildenden Bereich geführt. Während jeder
Aufnahme wird der Elektronenstrahl aufgrund der zunehmenden
Vergrößerung und der damit steigenden Auflösung des
aufgenommenen Bereichs 60 nachgestellt. Es werden solange
Bilder mit sukzessiv steigender Vergrößerung von dem Bereich
60 aufgenommen, bis der Elektronenstrahl aufgrund
gerätetechnischer Grenzen nicht mehr besser fokussiert und
stigmatisiert werden kann. Die Fokussierung und
Stigmatisierung des Elektronenstrahls kann auch
automatisiert erfolgen, da am Rand und in der Fläche 20
ausreichend feine Strukturen vorliegen.The focusing and stigmatization of the electron beam
is described in more detail in connection with FIG. 2. The
selected focusing
Ist der Elektronenstrahl erst einmal fokussiert, kann mit
der Berechnung der Zentrumskoordinaten des flächig
aufgenommenen Faserendes 20 begonnen werden. Hierfür stehen
die bekannten Hilsmittel der Bildverarbeitung zur Verfügung.
Wie bereits erwähnt, kann mit Hilfe der Schwerpunkt-Methode
das Zentrum des Faserendes 20 ermittelt werden. Die
Zentrumskoordinaten der Faserendfläche 20 dienen als
Bezugspunkt für die präzise Positionierung der Linse 10 auf
dem Faserkern 40 oder jedem beliebigen Bereich innerhalb der
Faserendfläche, sofern der Abstand des Zentrums des Bereichs
vom Zentrum der Faserendfläche 20 bekannt ist. Zunächst wird
die Lage des Faserrandes 35 der Faser 30 ermittelt, indem an
vorbestimmten Stellen die Randkoordinaten bestimmt werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird der Rand 35 an vier
Bereichen 62, 64, 66 und 68 flächig aufgenommen. Aus den so
gewonnenen Randkoordinaten kann dann auf bekannte Weise der
Mittelpunkt des Faserendes 20 berechnet werden. Andere
Verfahren berechnen das Kontrastprofil entlang mehrerer
Linien senkrecht zum Rand unter Verwendung von
Diskriminatoren, um die zur Berechnung des Faserzentrums
erforderlichen Randkoordinaten zu erhalten. Mit diesen
Methoden kann das Faserzentrum mit einer Genauigkeit von 0,3
µm bei einer einer Bildauflösung von 512 Pixeln und mit
einer Genauigkeit von 0,15 µm bei einer Bildauflösung von
1024 Pixeln festgelegt werden. Mit anderen Worten erfolgt
die Ermittlung des Faserzentrums mit einer Auflösung von
etwa 100 nm.Once the electron beam is focused, you can use
the calculation of the center coordinates of the area
recorded
Die ermittelten Faserzentrums-Koordinaten werden mit den
gespeicherten Abmessungen und Belichtungsdaten, wie z. B.
der Strahlendosisverteilung, der aufzubauenden Rundlinse 10
beispielsweise in einer Recheneinrichtung miteinander
verrechnet und als Datensatz in einem Speicher abgelegt. Ein
programmierbarer Rechner liest den Datensatz aus und steuert
damit den Elektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskops.
Nachdem der Belichtungsvorgang beendet worden ist, wird der
Trockenlack auf dem Faserende 20 thermisch oder in
geeigneten Lösungsmitteln entwickelt. Als Ergebnis liegt
eine optische Faser 30 vor, auf deren Faserende 20 über dem
zentrisch gelagerten Faserkern 40 die Rundlinse 10 präzise
ausgerichtet angeordnet ist und die gewünschten optischen
Eigenschaften aufweist. Jetzt kann die nächste zu
bearbeitende Faser mit Hilfe der grob ermittelten
Zentrumskoordinaten an den Bestrahlungsort des
Rasterelektronenmikroskops herangefahren und gemäß dem
gerade beschriebenen Verfahren mit einer präzise
ausgerichteten Linse auf dem Faserkern ausgebildet werden.
Es sei noch angemerkt, daß mit dem oben beschrieben
Verfahren nicht nur einzelne Linsen sondern sogar optische
Mikro-Abbildungsysteme auf dem Faserende 20 hergestellt
werden können. Die bildverarbeitenden Schritten, die
Vorberechnung der präzisen Positionierung des
Belichtungsfeldes zur Herstellung der Linse 10 und die
Belichtung des Trockenlacks können somit in einem einzigen
Gerät, das lediglich mit einem Bildverarbeitungssystem
ausgerüstet ist, in einer optimal kurzen Fertigungszeit
durchgeführt werden.The determined fiber center coordinates are with the
stored dimensions and exposure data, such as. B.
the radiation dose distribution of the
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr anhand eines Festkörperlasers beispielhaft erläutert, auf dessen Stirnfläche über einer aktiven Zone eine elliptische, hyperbolische Linse entstehen soll.The method according to the invention is now based on a Solid state laser exemplified on the Face above an active zone an elliptical, hyperbolic lens should arise.
Wiederum sei angenommen, daß eine Gruppe von Lasern auf dem
motorgesteuerten Tisch angeordnet ist und in das
Rasterelektronenmikroskop eingeschleust wurde. Eine grobe
Lagebestimmung der einzelnen Laser erfolgt dadurch, daß ein
Bild von dem Laserfeld mit niedriger Vergrößerung
aufgenommen wird und die Orte der einzelnen Laser
beispielsweise durch eine Schwerpunkt-Bestimmung der
Stromkontakte, die sich durch Materialkontraste hervorheben,
ermittelt werden. Jeder Laser weist bekannterweise an einer
definierten Stelle einen solchen Stromkontakt auf. Der erste
zu bearbeitende Laser 110 kann nunmehr mit Hilfe der zuvor
ermittelten Lagekoordinaten an den Bestrahlungsort des
Rasterelektronenmikroskops herangeführt werden.Again it is assumed that a group of lasers on the
motorized table is arranged and in that
Scanning electron microscope was introduced. A rough one
The position of the individual lasers is determined by the fact that a
Low magnification image of the laser field
is recorded and the locations of each laser
for example by determining the center of gravity
Current contacts, which are highlighted by material contrasts,
be determined. Every laser is known to have one
defined such a current contact. The
In Fig. 3 ist der Querschnitt durch einen Festkörperlaser
110 mit einer aktiven Zone 130 dargestellt, die nicht
zentrisch in der Stirnfläche 100 liegt. Über der aktiven
Zone 130 der Stirnfläche 100 ist eine hyperbolische,
elliptische Linse 120 aufgebracht. Es sei diesmal
angenommen, daß die Linse 120 nicht aus einem aufgetragenen
Trockenlack, sondern mittels einer additiven
Elektronenstrahl-Lithographie hergestellt worden sei.In Fig. 3 is the cross section through a solid-
In Fig. 4 ist die aufgenommene Stirnfläche 100 mit der
unterhalb des oberen Flächenrandes 160 eingebrachten aktiven
Laserzone 130 dargestellt. Auf der aktiven Zone 130 ist die
elliptische Linse 120 zu sehen, deren Querschnittsfläche
größer ist als die der aktive Zone 130. Auf der Oberseite
des Laser 110 ist der Stromkontakt 140 ausgebildet, dessen
Mittelpunkt senkrecht in einem, aus der Herstellung
bekannten, definierten Abstand über dem Mittelpunkt der
aktiven Zone befindet. Die Genauigkeit der Lagen der beiden
Mittelpunkte zueinander hängt vom Herstellungsprozeß ab und
bestimmt den Präzisionsgrad, mit dem die Lage des zum
Aufbringen der Linse erforderlichen Belichtungsfelds über
der aktiven Zone 130 vorberechnet und positioniert werden
kann. Die in Fig. 4 beispielhaft gezeigten Meßfenster 150,
152 und 154 dienen der Bestimmung der Lagekoordinaten des
Stromkontaktes 140 und der Stirnflächenkante 160 des Lasers,
aus denen das Zentrum der aktiven Zone 130 präzise berechnet
werden kann.In Fig. 4, the recorded
Bevor die Position des Belichtungsfeldes berechnet werden
kann, muß der Elektronenstrahl zuerst fokussiert und
stigmatisiert werden. Dies geschieht in ähnlicher Weise wie
im vorhergehenden Beispiel. Als Fokussierbereich kann ein
Bereich gewählt, der vorteilhafterweise den Stromkontakt
erfaßt. Ist der Elektronenstrahl erst einaml optimal
fokussiert und stigmatisiert, können mit ihm in Verbindung
mit den oben genannten üblichen Techniken der
Bildverarbeitung die Lagekoordinaten der Stirnfläche 100 und
die Zentrumkoordinaten des Stromkontaktes 140 ermittelt
werden. Dazu können zunächst an vorbestimmten Stellen am
Randbereich der Stirnfläche 100 mehrere in Fig. 4 gezeigte
schmale Bilder 150 und 152 oder Linien-Raster (nicht
dargestellt) eingezogen werden, die beispielsweise zur
oberen horizontalen Kante 160 senkrecht verlaufen. Mit Hilfe
der aufgenommenen Bilder 150, 152 oder der Linien-Raster
wird die Lage der oberen Kante 160 aus dem Kontrastprofil
bestimmt, das sich durch die Änderung der emittierten
Sekundärelektronen ergibt, wenn der Elektronenstrahl die
Stirnfläche 100 und einen Bereich außerhalb der Stirnfläche
100 abtastet. Die Lage des Zentrums des Belichtungsfeldes
und damit der zu bildenden Linse 120 liegt danach in Y-Richtung
mit einer Genauigkeit von 0,03 µm bei einer
Bildauflösung von 512 Pixeln und mit einer Genauigkeit von
0, 015 µm bei einer Bildauflösung von 1024 Pixeln fest. Im
nächsten Schritt werden die Zentrumskordinaten des
Stromkontaktes 140 ermittelt. Dies geschieht beispielsweise
mit Hilfe eines in x-Richtung aufgnommenen Histogramms
entlang vorbestimmter Linien oder bei flächigen
Bildaufnahmen mit Hilfe der Schwerpunkts-Methode. Die Lage
des Zentrums des Belichtungsfeldes liegt danach auch in x-Richtung
fest, da herstellungsbedingt der Abstand zischen
dem Mittelpunkt des Stromkontaktes 140 und der aktiven
Laserzone 130, auf der die Linse 120 aufgebracht werden
soll, bekannt ist. Aus den ermittelten Zentrumskoordinaten
der Aktiven Zone 130 und den gespeicherten Informationen
über die Abmessungen und Lage der Linse 120 bezüglich der
aktiven Zone 130 sowie die entsprechenden Belichtungszeiten
(Dosisverteilung) für jeden Punkt der zu belichtenden
Stirnfläche 100 werden die Steuerdaten für die
Strahlführungseinrichtung berechnet. Der präzise
ausgerichete Aufbau der Linse 120 mit den gewünschten
optischen Eigenschaften erfolgt anschließend mit Hilfe des
Rechner-gesteuerten Elektronenstrahls.Before the position of the exposure field is calculated
the electron beam must first be focused and
be stigmatized. This happens in a similar way as
in the previous example. A can be used as the focusing area
Range selected, which advantageously the current contact
detected. Is the electron beam optimal at first
focused and stigmatized, can connect with him
using the usual techniques of
Image processing the position coordinates of the
Dank der Erfindung ist es möglich, kostengünstig und schnell 3-dimensional strukturierte Polymerschichten auf einem vorbestimmten Bereich einer optischen Einrichtung, wie z. B. eines Faserende oder einer Laserfläche, präzise ausgerichtet herzustellen. Dazu ist lediglich ein Bezugspunkt, vorteilhafterweise das Zentrum der Fläche, auf der die optische Mikrokomponente hergestellt werden soll, mit Hilfe bekannter Methoden der Bildverarbeitung zu berechnen. Darüber hinaus muß herstellungsbedingt die Lage des Bereichs, auf dem die optische Mikrokomponente entstehen soll, zum Bezugspunkt bekannt sein. Schließlich sind die Daten über die Abmessungen und Lage der optischen Mikrokomponente und die Belichtungszeiten vorzugeben, mit denen die gewünschten optischen Eigenschaften erzielbar sind.Thanks to the invention, it is possible, inexpensively and quickly 3-dimensional structured polymer layers on one predetermined area of an optical device, such as. B. a fiber end or a laser surface, precisely aligned manufacture. This is just a reference point advantageously the center of the area on which the optical microcomponent is to be produced with the help to calculate known methods of image processing. In addition, the location of the Area on which the optical microcomponents are created should be known to the reference point. After all, they are Data on the dimensions and location of the optical Specify microcomponent and exposure times with which the desired optical properties can be achieved are.
Claims (12)
- Method for the precise-location manufacturing of at least one optical microcomponent (10; 120) on or above a predetermined region (40; 130) of a predetermined surface (20; 100) of at least one optical apparatus (30; 110) with the following steps:a) at least one image of the predetermined surface (20; 100) is recorded and stored;b) the position of the surface edge (35; 160) is measured at a plurality of predetermined points (62, 64, 66, 68; 150, 152, 154) and the corresponding edge coordinates are determined;c) the position coordinates of the optical microcomponent (10; 120) within the predetermined surface (20; 100) are calculated from the determined edge coordinates of the surface (20; 100) and the measured position coordinates of the predetermined region (40; 130);d) the position coordinates calculated in step c) are combined with preprogrammed exposure data for the optical microcomponent to form a data record; ande) the data record produced in step d) is used to control a corpuscular beam such that the optical microcomponent with a predetermined optical property can be formed, precisely aligned, on or above the predetermined region (40; 130).
- Method according to claim 1,
characterized in that step c) comprises the following steps:c1) the centre of the predetermined surface (20; 100) is calculated from the determined edge coordinates thereof;c2) the position coordinates of the predetermined region (40; 130) within the predetermined surface (20; 100) are determined with reference to the centre. - Method according to claim 1 or 2,
characterized in that step a) comprises the following substeps:a.1) a first image of the predetermined surface (20; 100) of the optical apparatus (30; 110) is recorded with low magnification;a.2) the position of the surface edge (35; 160) is roughly determined at a plurality of predetermined points and the corresponding edge coordinates are determined;a.3) the optical apparatus (30; 110) is moved to the irradiation position with reference to the determined edge coordinates;a.4) successive images with successively increasing magnification are recorded of a selected focusing region (60) of the surface (20) until the corpuscular beam has been optimally focused and stigmatized;
at each of the predetermined points (62, 64, 66, 68; 150, 152, 154) of the surface edge (35; 160) a contrast measurement for fine determination of the corresponding edge coordinates is performed along a line extending perpendicularly to the edge. - Method according to claim 1, 2 or 3,
characterized in that, prior to the performance of step a), a corpuscular-beam-sensitive dry varnish or a polymer of a plasma gas phase of separately presented precursors is vapour-deposited onto the predetermined surface (2; 100) in a predetermined thickness. - Method according to claim 4,
characterized in that the optical microcomponent (10; 120) formed from the vapour-deposited dry varnish or deposited polymer is developed thermally or in solvents. - Method according to claim 1, 2 or 3,
characterized in that in step e) the optical microcomponent (10; 120) is deposited on or above the predetermined region (40; 130) by means of the corpuscular beam. - Method according to any one of claims 1 to 6,
characterized in that an optical fibre (30) and/or a laser (110) is used as the optical apparatus. - Method according to any one of claims 1 to 7,
characterized in that three-dimensionally structured polymer layers are formed on the predetermined region (40; 130) of the predetermined surface (20; 100) of the optical apparatus (30; 110). - Method according to any one of claims 1 to 8,
characterized in that steps a.1), a.2) and a.3) are replaced by:a1') an image of the predetermined surfaces (20; 100) of a group of optical apparatuses (30; 110) is recorded with low magnification;a2') the positions of the surface edges (35; 160) are each roughly determined at a plurality of predetermined points and the corresponding edge coordinates are determined;a3') the optical apparatus (30; 110) is selected and is moved with reference to the determined edge coordinates to the irradiation position on which the optical microcomponent (10; 120) is to be formed. - Device for manufacturing and precise positioning of optical microcomponents (10; 120) on optical apparatuses (30; 110) according to the method according to any one of claims 1 to 10
with the following features:a generator apparatus for generating a corpuscular beam of variable intensity;a contrast detector for determining the contours of a recorded, predetermined surface of an optical apparatus;a computing apparatus capable of calculating from the values supplied by the contrast detector the position of a predetermined region within the predetermined surface;a programmable beam guiding apparatus which, in response to the coordinate values supplied by the computing apparatus and to preprogrammed exposure data, guides the corpuscular beam over the predetermined surface such that an optical microcomponent with a predetermined optical property can be applied to the predetermined region. - Device according to claim 10,
characterized by a programmable computer which monitors and controls the device. - Device according to claim 10 or 11,
characterized by a motor table controlled by the computer.
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